凸顯本質(zhì) 激活思維 自主建構(gòu)

王榮根　于正華

摘 要：一方面，教師與學(xué)生以“耕”的精神從事教學(xué)實踐與學(xué)習(xí)過程，追求質(zhì)樸的、自然的、勤勞的、和諧的教學(xué)生活；另一方面，遵循“耕”的規(guī)律，教學(xué)中做到適時、適度、適變，尊重學(xué)生的成長規(guī)律、認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和學(xué)科特點，從而形成具有“耕”的特色的教學(xué)風(fēng)格。

關(guān)鍵詞：耕讀教學(xué)文化；教學(xué)設(shè)計；自主建構(gòu)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）8-0015-4

“耕讀”本指中國古代一些知識分子以半耕半讀為合理的生活方式，以“耕讀傳家”“耕讀結(jié)合”為價值取向，而形成的一種“耕讀文化”。“耕讀教學(xué)文化”是指基于“耕”的特點的學(xué)和教的方式而形成的教學(xué)文化，在教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的實踐中積累知識經(jīng)驗，并通過讀書學(xué)習(xí)對實踐經(jīng)驗進行修正、完善，生成的適合學(xué)校、學(xué)生特點，遵循認(rèn)知規(guī)律和學(xué)科特點，適時互動、啟發(fā)、引導(dǎo)的境界。一方面，教師與學(xué)生以“耕”的精神從事教學(xué)實踐與學(xué)習(xí)過程，追求質(zhì)樸的、自然的、勤勞的、和諧的教學(xué)生活；另一方面，遵循“耕”的規(guī)律，教學(xué)中做到適時、適度、適變，尊重學(xué)生的成長規(guī)律、認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和學(xué)科特點，從而形成具有“耕”的特色的教學(xué)風(fēng)格。

超重與失重是生活、生產(chǎn)實際中的一種常見現(xiàn)象?！俺嘏c失重”是高中力學(xué)中的一個重要知識點，也是高考的熱點和難點。對超重與失重的研究是應(yīng)用牛頓運動定律探究實際問題的典型案例，其教學(xué)設(shè)計有著廣泛的研究價值和研究空間。本文談一些主要的設(shè)計思路。

1 引入新課：引發(fā)“沖突”，激發(fā)求知

教師演示用彈簧測力計測量鉤碼重力的動作（圖1），請同學(xué)簡要說明操作注意點和測量原理。

回憶初中知識可知，被測物體（鉤碼）懸掛在彈簧測力計下，讓物體處于靜止或者勻速直線運動狀態(tài)，此時彈簧測力計的示數(shù)就等于物體的重力。

分析物體的受力，如圖2所示，物體處于平衡狀態(tài)，根據(jù)二力平衡的條件：F合=0，則F=-G。

根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)=-F'，所以F'=G。

即彈簧測力計受到的拉力（示數(shù)）就等于物體的重力。基于上述特點，當(dāng)彈簧測力計掛上某一物體，我們常把該彈簧測力計的示數(shù)稱之為視重。

布置任務(wù)：各實驗小組用彈簧測力計測量鉤碼的重力，然后用彈簧測力計將鉤碼快速上提或者快速下放，觀察彈簧測力計的示數(shù)是否變化？

實驗顯示，彈簧測力計的示數(shù)會發(fā)生變化，即視重不等于重力，這是為什么？

評析1：“好的開端是成功的一半”，新課引入是一節(jié)課的重要環(huán)節(jié)。那么，怎樣設(shè)計“好的引入”呢？

“耕讀”理念就是要遵循“耕”的規(guī)律，即尊重學(xué)生的成長規(guī)律和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。首先，“好的引入”要能夠引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的求知欲。引發(fā)認(rèn)知沖突的最佳效果是“心求通而未得之意，口欲言而未能之貌。”為此，從學(xué)生熟悉的活動入手，展現(xiàn)出乎常規(guī)的現(xiàn)象，打破原來的認(rèn)知平衡，才能有效激發(fā)進一步學(xué)習(xí)的欲望。其次，“好的引入”必須方便于知識的建構(gòu)。“超重與失重”的新課引入有各種方法，素材也千差萬別。之所以設(shè)計這樣的活動，首先是此活動距離學(xué)生的認(rèn)知最近，學(xué)生有初中的基礎(chǔ)，不感到陌生，可以引發(fā)學(xué)生的回憶；其次，此活動便于分組進行，學(xué)生都能近距離觀察現(xiàn)象；再其次，此活動可以與實驗探究無縫對接。另外，啟發(fā)學(xué)生解釋測量重力的原理，實際上就是為“超重與失重”的理論探究提供思路和方法的鋪墊。

最后，教學(xué)引入要做到適時，說起來容易做起來確有難度。有些教師引入新課時喜歡用新奇的、富有刺激性的視頻，比如，過山車、火箭發(fā)射、太空失重……視覺效果明顯，容易激發(fā)學(xué)生的熱情。但是，這些現(xiàn)象距離學(xué)生的認(rèn)知水平落差較大，尤其是圓周運動中的超重和失重并不是本章知識能夠完全解釋的問題，只能留著“下回分解”。因此，筆者不太贊同選用。學(xué)生學(xué)習(xí)的狀態(tài)不在于熱情的高度，而在于熱情能否長久。物理學(xué)習(xí)不能僅僅依靠激情，理性思維需要一種持久的探究欲望，讓學(xué)生跳一跳夠得到，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠解釋遇到的問題，獲得成功的體驗，這才是保持持久熱情的最佳方法。

2 實驗探究：凸顯本質(zhì)，自主建構(gòu)

選用量程為5 N的彈簧測力計，教師先演示稱量250 g鉤碼的總重力，并在指針指示的刻度位置做上標(biāo)志（如圖3所示）。然后，手提彈簧測力計，從靜止開始上提一段距離再停下，要求學(xué)生觀察彈簧測力計的示數(shù)F（視重）如何變化？并提醒注意比較視重F與重力G的大小關(guān)系。

學(xué)生觀察后會發(fā)現(xiàn)：開始階段視重大于重力，停止前視重小于重力。

砝碼從靜止開始向上運動，最后回到靜止?fàn)顟B(tài)，這中間開始是做加速上升運動，停止前做減速上升運動。初步分析，視重發(fā)生改變跟運動有關(guān)，這種運動肯定不是勻速直線運動，而是變速直線運動。

為了系統(tǒng)研究視重與運動之間的關(guān)系，我們要分別對向上變速運動（加速和減速）和向下變速運動（加速和減速）的情況進行實驗觀察，合理記錄，分析結(jié)果，獲得結(jié)論。

設(shè)計實驗現(xiàn)象記錄表格如表1，布置學(xué)生用上述器材進行分組實驗。

實驗表明，不是任何情況下，視重都等于重力。為了區(qū)別對待，引入了兩個名詞：視重大于重力的現(xiàn)象叫超重；視重小于重力的現(xiàn)象叫失重。在表1的最后一欄內(nèi)說明是超重還是失重。

進一步歸納，可知：

當(dāng)加速度向上時，F(xiàn)>G，物體處于超重狀態(tài)；

當(dāng)加速度向下時，F(xiàn)

可見，超重或失重狀態(tài)不是取決于運動方向、加速或減速，而是取決于加速度的方向；超重、失重只是視重的變化，物體的重力并沒有改變。超重并不是物體的重力增加了，失重也不是物體的重力失去了。

評析2：實驗探究是體驗知識的產(chǎn)生和形成過程的基本途徑。如何設(shè)計好實驗探究呢？

“耕讀”式教學(xué)是指基于“耕”的特點的學(xué)和教的行為方式，是尊重學(xué)情，遵循認(rèn)知規(guī)律和學(xué)科特點，凸顯學(xué)科教學(xué)思想，適時互動、啟發(fā)、引導(dǎo)的境界。汲取農(nóng)耕文化的內(nèi)涵，遵循耕讀教學(xué)觀的要義“應(yīng)時、取宜、守則、和諧”。

首先，經(jīng)過教學(xué)片斷一的學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題，引入實驗探究來解決問題，可謂是“水到渠成”，即應(yīng)時。這一探究過程能夠使學(xué)生自主獲取物理知識，領(lǐng)悟?qū)嶒炋骄糠椒?，發(fā)展實驗探究能力，體驗實驗探究帶來的樂趣。

其次，篩選實驗器材即取宜。選用量程為5 N的彈簧測力計，下面掛250 g的鉤碼（亦可用5個50 g的鉤碼代替）。彈簧測力計靜止時指針指在中間刻度位置，并且做上重力標(biāo)志，指針上下移動時，便于比較。研究對象選用250 g的鉤碼，質(zhì)量較大，較小的加速度就可以產(chǎn)生明顯的超重、失重現(xiàn)象，這樣手提的速度變化就不需要多大，容易操作，便于觀察。

再次，引導(dǎo)探究活動即守則。從關(guān)注彈簧測力計示數(shù)的變化，到關(guān)注比較物體視重與重力的關(guān)系；從關(guān)注物體的運動，到對運動過程的分析，再到關(guān)注加速度的方向……這些都要教師進行必要的引導(dǎo)。這部分探究的重點不在于讓學(xué)生如何猜想，如何設(shè)計實驗，而在于通過觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗結(jié)果，歸納實驗結(jié)論。

最后，體驗建構(gòu)過程即和諧。超重與失重概念的名稱給人直觀、形象的感覺，同時也會形成不必要的誤解。讓學(xué)生親歷現(xiàn)象的觀察，體驗概念的形成過程，及時辨析概念的涵義，對于學(xué)生形成正確的認(rèn)識很有幫助。

3 理論探究：著眼遷移，形成解釋

根據(jù)應(yīng)用牛頓運動定律解決實際問題的一般步驟，分別對各種情況進行理論分析：

1）向上加速運動時

分析物體的受力（如圖4所示），物體的速度向上、加速度向上，根據(jù)牛頓第二定律F合=ma，則F-G=ma，F(xiàn)=ma+G>G。

根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)=-F'，所以，F(xiàn)'>G，即視重大于重力（超重）。

2）向上減速運動時

分析物體的受力如圖5所示，物體的速度向上、加速度向下，根據(jù)牛頓第二定律F合=ma，

則G-F=ma，F(xiàn)=G-ma

關(guān)于物體向下運動的兩種情況，布置學(xué)生自主完成，并安排學(xué)生板演。及時評析學(xué)生板演情況。最后，將四幅示意圖（圖6）留在黑板上，強化學(xué)生的印象。

3）當(dāng)物體做自由落體運動，或者豎直上拋運動時，加速度向下，且a=g，則F=0，即F'=0，這種狀態(tài)叫完全失重。

評析3：“耕讀”式課堂教學(xué)要求彰顯教師和學(xué)生的雙主體地位，師生多形式互動和角色互換，實現(xiàn)教師和學(xué)生的共同發(fā)展。通過教學(xué)片斷二的學(xué)習(xí)，學(xué)生有了很好的參與，這時理論探究如果由學(xué)生自主完成難度較大。如何設(shè)計好理論探究呢？

首先，教師要適時由剛才的領(lǐng)導(dǎo)者、促進者的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗?dǎo)者和知識的傳播者。

其次，超重與失重現(xiàn)象實際是牛頓第二定律應(yīng)用的一種特例。應(yīng)用牛頓第二定律解釋超重與失重現(xiàn)象是本節(jié)課的難點，故有必要就各種情況進行詳細(xì)分析，明確解題思路，規(guī)范解題過程。教師要做好示范引領(lǐng)作用，并且要創(chuàng)造機會讓學(xué)生主動參與。

再次，超重和失重的示意圖對于學(xué)生建構(gòu)概念，形成解釋有不可替代的功效，有利于從形象思維向理性思維的過渡。

最后，在此揭示完全失重的概念比較自然，可以說是水到渠成。

4 變式拓展：學(xué)以致用，發(fā)展能力

1）臺秤的視重

臺秤與彈簧秤都可稱量物體的重力，在豎直方向做變速運動的情況下，臺秤上是否也能顯示超重與失重現(xiàn)象呢？

觀看視頻：在觀光電梯的地板上放一個體重計，某同學(xué)站在體重計上。電梯從一樓上升到六樓，再從六樓下降到一樓。以外面的景觀為參照物，觀察電梯的運動情況以及體重計的讀數(shù)變化，并填寫相應(yīng)表格，并且選擇兩種情況，應(yīng)用牛頓第二定律進行解釋。

小結(jié)：放在體重計上的物體跟掛在彈簧測力計下的物體，情景不同，但是受力特征完全一致，因而遵循同樣的規(guī)律。

2）小實驗

將敞口礦泉水瓶中注滿水，在瓶底扎一小孔并用手堵上。站在椅子上松手，讓該礦泉水瓶從空中自由下落，觀察礦泉水瓶下落的過程中有沒有水從小孔流出。分小組現(xiàn)場實驗，解釋看到的現(xiàn)象。

3）課后活動

①教師拿出分頁交叉的兩本書，將其平放用力拉，難以分開。請同學(xué)們課后也做一做這個實驗，并且研究有什么巧妙的辦法輕松而平穩(wěn)地將其分開？

②站在體重計上突然下蹲又突然站起模擬電梯下降、上升過程，親自體驗超重、失重現(xiàn)象。

評析4：教學(xué)要遵循“耕”的規(guī)律，教學(xué)中不僅要做到適時還要做到適度、適變。所謂“適度”即在教學(xué)內(nèi)容和節(jié)奏上不貪多求快，力求以少勝多和以慢勝快。所謂“適變”即要求精心預(yù)設(shè)新情景和靈動生成新問題。如何設(shè)計好變式拓展呢？

首先，教師要總結(jié)前面幾個片段的思維方法。

其次，研究電梯運行過程中，人站在體重計上觀察讀數(shù)變化這樣的情景，將彈簧秤換成了臺秤，即拉力變?yōu)橹С至Γ▔毫Γ?，研究的方法并沒有改變。這種變式訓(xùn)練體現(xiàn)了循序漸進的思想。

再次，用礦泉水瓶做完全失重的小實驗，趣味性強，讓學(xué)生體驗完全失重的奇妙現(xiàn)象，容易激發(fā)學(xué)生的熱情。

最后，利用課后活動重視實踐性，既切合學(xué)生的實際，又具有一定的挑戰(zhàn)性。

5 總 評

本節(jié)課設(shè)計的指導(dǎo)思想是凸顯物理本質(zhì)、激活學(xué)生思維、培養(yǎng)自主建構(gòu)。本設(shè)計沒有刻意追求實驗裝置的“科技含量”，而是選擇了彈簧測力計下懸掛鉤碼這種簡易的裝置，簡約但不簡單，能更加充分地顯現(xiàn)物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征。沒有貪大求全，追求一步到位，而是一步一個腳印，穩(wěn)扎穩(wěn)打，環(huán)環(huán)相扣。先由彈簧秤再到臺秤，先實驗探究再理論分析，先教師引導(dǎo)，再自主探究……讓學(xué)生充分體驗知識的建構(gòu)過程。我們認(rèn)為高一學(xué)生學(xué)習(xí)物理還屬于起步階段，就如同小孩開始學(xué)走路，不在于跑得快，關(guān)鍵是要跑得穩(wěn)！只有掌握正確的學(xué)習(xí)方法，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，才能形成正確的物理概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

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（欄目編輯 趙保鋼）